Зв’язки Si–O є ковалентними і більш міцними, а зв’язки Zn–O – іонними і і слабшими, що відображається в міжатомній віддалі.

Головним структурним мотивом є той, що описується найбільш сильними зв’язками. Для структури геміморфіту головним мотивом є острівний мотив із здвоєних тетраедрів кремнію, так званих диортогруп [Si2O7]. Поряд із цим, кремнієві диортогрупи вмонтовані в каркасний структурний мотив, утворений тетраедрами ZnO3(OH).

Результатом такого поєднання є каркасна структура канального типу із великими каналами із овальним перерізом, що вміщують молекули води, зв’язані із каркасом водневими зв’язками (рис.).

Іншим прикладом поєднання різних мотивів є структура мінералу датоліту Ca₂[(SiO₄)₂(BOH)₂].

У структурі чергується

n мережа із тетраедрів SiO₄ і BO₃OH

n мережа восьмивершинників CaO₆(OH)₂

Якщо брати однотипні кристалохімічні позиції Si або B, то їм відповідають острівні мотиви із одиноких тетраедрів. Разом вони утворюють мережі (шари), що чергуються із шарами високо координатних позицій, заселених Ca.

Рис. 5.13 Структура датоліту

Мотиви за найсильнішими зв’язками – умовність. Ще один приклад – структура алуніту KAl₃(OH)₆[SO₄]₂. Мотив за найсильнішими зв’язками – острівний, слабший зв’язок реалізується в ланцюжково-шаруватому октаедричному мотиві.

Рис. 5.14. Структура алуніту

Можуть бути істотні відмінності у силі зв’язків (тальк), а можуть бути незначні (рутил)

Наявність незначних неоднорідностей в зв’язках спричинює появу невиразних мотивів, які, поза всім, часто визначають морфологію і властивості (спайність, твердість) мінералу.

Виразним прикладом цього є рутил (див. рис.), в структурі якого ланцюжковий мотив виділяється пов напрямку з’єднання октаедрів (TiO₆) ребрами, тоді як самі ланцюжки зв’язуються вершинами.

Структурні мотиви гомодесмічних мінералів

Координаційні – із рівномірним розподілом зв'язків у трьох вимірах (приклади: діамант, галеніт, галіт, периклаз MgO (показано зліва), флюорит).

Координаційні поліедри мають багато спільних граней, ребер, вершин.

Рис. 5.15. Координаційні мотиви кристалічних структур периклазу MgO і діаманту.

Координаційні кластерні - характерні для кристалів із координаційним структурним мотивом та ковалентним типом зв’язку; вирізняються відокремленими групами атомів, при тому, що зв'язки в межах групи відрізняються від зв'язків між групами зростанням частки іншого типу зв’язку (приміром, металічного поряд із ковалентно-іонним). Така кластеризація звичайно зумовлена невідповідністю між кількістю донорних пар аніонів та валентних орбіталей катіонів, приміром у структурах нікеліну та халькозину

Рис. 5.16. Кластери у структурі пентландиту Ni4Fe4(Co,Ni,Fe)<1S8

Ланцюжкові субмотиви в рутилу (див. рис. 5.6).

Каркасні найбільш характерним прикладом є мінерали кремнезему: кварц, кристобаліт, тридиміт, стішовіт.

Рис. 5.17. Структура кварцу

Структурні мотиви гетеродесмічних мінералів

ангідрит Ca[SO4]	котоїт Mg3[BO3]2
5.18.	5.19.

Острівні структури складаються із груп атомів або комплексних радикалів, ізольованих в трьох напрямках. Такі острівні групи несуть від’ємний заряд і зв’язуються у структуру іонним зв’язками із високо координатними позиціями металів. У поодиноких випадках зустрічаються нуль-заряжені острівки, із яких формуються острівні молекулярні кристали (кристали сірки чи реальгару). (приміром, MgSO₄·4H₂O в якого остівки із двох октаедрів [MgO₆] та двох тетраедрів [SO₄] з’єднані в структуру водневими зв’язками через H₂O

За будовою таких груп виділяють:

1. Одинокі ізольовані групи із металом у трійній та четверній координації (кальцит із групами [CO₃]^{2 -} _, олівін із острівками [SiO₄]^4-, ангідрит [SO₄]^2-, людвигіт чи котоїт із групами [BO₃]^3-).

2. Групи із здвоєних тетраедрів чи трикутних поліедрів, приміром [B₂O₅]^4- або [Si₂O₇]^6-.

3. Кільцеві замкнені групиіз окремих атомів (як у сірки (рис.)) або комплесних груп, здатних до полімеризації. Внаслідок полімеризації утворюються трьох- і чотирьох-ланкові кільця у боратів та силікатів, шести- та дев’ятиланкові кільця у силікатів.

4. Ланцюжкові структури виникають при полімеризації – об’єднанні – комплексних груп в структури обмежені в двох напрямках і безкінечні в третьому. В залежності від типу груп, що полімеризуються, утворюються різні модифікації ланцюжкових структур

а. прості атомні ланцюжки - (самородні арсен та стибій)

б. ланцюжки із одинарних комплексних груп (піроксени, кіновар, мілерит NіS

в. ланцюжки із складно-побудованих комплексних груп,),

г. стрічкові із здвоєних груп (антимоніт, амфіболи, ґетит, діаспор)

д. стрічкові із кілець

Рис. 5.20. K <SPAN STYLE="font-family: Times New Roman"> ільцеві мотиви(берил Be₃Al₂[Si₆O₁₈], бенітоїт BaTi[Si₃O₉],самородна сірка)</SPAN>

[BO₄]

[BO₃]

Рис. 5.21. ланцюжкові - (піроксени, кіновар, мілерит NiS,) Колеманіт Ca (H₂O) [B₃O₄(OH)₃]

[BO₄]

Ланцюжковий мотив

стрічкові антимоніт

стрічкові амфіболи)

4. Ш аруваті мотиви.

Один або декілька типів шарів в структурі. Один тип шарів характерний для простих за складом мінералів, таких як графіт, молібденіт, аурипігмент. Ускладнення складу веде до появи декількох, різних за будовою, типів шарів, що певним чином чергуються в структурі мінералу. За міцністю зв’язків в шаруватих мінералах виділяють пакет шарів, міцно зв’язаних між собою, що періодично повторюється в структурі. Зв’язки між пакетами є значно слабші, порівнянно із зв’язками в середині пакету. Розглянемо поняття пакету на прикладі структур графіту, каолініту, тальку, слюди, ковеліну.

елементи шаруватих структур: шар, пакет, міжшаровий (міжпакетний) простір (на прикладах тальку, слюди, ковеліну)

Форма шарів – плоскі, гофровані, хвилясті

Конфігурація мережі

Молекулярні і заряджені (іонні) мережі. Заряд мережі.

	Рис. 5.22. шаруваті (графіт, ковелін, молібденіт, слюди);

1. Каркасні мотиви -тривимірний каркас при рівномірному розподілі зв'язків різного типу в межах каркасу; структурні порожнини в тривимірному каркасі.

Рис. 5.23. Каркасний структурний мотив скаполіту

7. Канальні мотиви

Рис. 5.24.Канальні структури цеоліту (ломонтит Ca₄[Al₈Si₁₆O₄₈]·18H₂O ), борациту Mg3[B7O13]Cl, романешіту Mn³⁺₄Mn⁴⁺O₁₀·Ba(H₂O) і палігорскіту.

комбінація острівних, ланцюжкових та стрічкових структур; формування

квазішарів, квазікілець (структури псиломелану, лампрофіліту, турмаліну).
кільце – ланцюжок

кільце – шар

кільце – каркас

ланцюжок - каркас

Зростання відмінностей в електронегативності різних елементів, що входять в склад мінералів, веде до зміни структурного типу.

Зверніть увагу на типи хімічних зв’язків та мотиви заповнення позицій у вказаних типах структур

Зв'язок між типом структури мінералів та їх властивостями (зовнішня форма кристалів та зерен; спайність, твердість, щільність).

Напруженість структури

Розмірні невідповідності між структурними елементами і зростання дефектності, зменшення розмірів індивідів, блокова їх будова, вміст домішок

Комп’ютерні засоби зображення кристалічної структури

XTALDRAW DIAMOND

Структури в режимі віртуальної реальності

Виділення кристалохімічних позицій і аналіз їх прострового розміщення дозволяє вказати основні риси будови кристалу – структурний мотив.

VRLM

Лекція 5. Ключові терміни

суперпозиція

трансляція

модель структури

кулькова

розріджена

поліедрична

анізотропія

теплові коливання атомів

кристалохімічна позиція

гетеродесмічний

гомодесмічний

кластер

елементарна комірка

структурний тип

ізоструктурні мінерали

похідні структури

вироджені структури

надструктури

структурний мотив

субмотив

координаційна структура

каркасна структура

острівна структура

кільцева структура

ланцюжкова структура

стрічкова структура

шарувата структура

структурний шар

структурний пакет

Лекція 5. Контрольні питання

1. Поясніть принцип суперпозиції в кристалічній структурі.

2. Які дані потрібні для створення моделі кристалічної структури.

3. Опишіть параметри кристалохімічної позиції.

4. Поясніть відмінність між гомодесмічною та гетеродесмічною структурами.

5. Опишіть основні типи зв’язку координаційних поліедрів у структурі.

6. Опишіть основні характеристики кристалічної структури.

7. Назвіть параметри елементарної комірки, потрібні для того, щоб транслювати структуру.

8. Що таке структурний тип? Назвіть приклади ізоструктурних мінералів.

9. Що таке похідні структури? Назвіть приклади похідних структур у мінералів.

10. Що таке вироджені структури?

11. Що таке надструктури? Назвіть приклади надструктур у мінералів.

12. Дайте характеристику структури типу сфалериту. Наведіть приклади мінералів із такою структурою.

13. Дайте характеристику структури типу нікеліну. Наведіть приклади мінералів із такою структурою.

14. Дайте характеристику структури типу бруситу. Наведіть приклади мінералів із такою структурою.

15. Дайте характеристику структури типу рутилу. Наведіть приклади мінералів із такою структурою.

16. Дайте характеристику структури типу флюориту. Наведіть приклади мінералів із такою структурою.

17. Дайте характеристику структури типу корунду. Наведіть приклади мінералів із такою структурою.

18. Дайте характеристику структури типу перовськіту. Наведіть приклади мінералів із такою структурою.

19. Дайте характеристику структури типу шпінелі. Наведіть приклади мінералів із такою структурою.

20. Що таке структурний мотив

21. Поясніть залежність між типом координаційного поліедра і структурним мотивом.

22. Поясніть відмінність між мотивом і субмотивом у кристалічній структурі.

23. Наведіть приклади мінералів із координаційним мотивом структури.

24. Наведіть приклади мінералів із острівним мотивом структури.

25. Наведіть приклади мінералів із кільцевим мотивом структури.

26. Наведіть приклади мінералів із ланцюжковим мотивом структури.

27. Наведіть приклади мінералів із стрічковим мотивом структури.

28. Наведіть приклади мінералів із шаруватим мотивом структури.

29. Назвіть основні складові елементи шаруватої структури

30. Наведіть приклади мінералів із каркасним мотивом структури.

31. На прикладах охарактеризуйте зв’язок між структурним мотивом і фізичними властивостями мінералів.

Дата добавления: 2015-08-03